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對于大體積水工餛凝土建筑物,凍融破壞好象就是“皮膚病”,往往不能引起式程技術人員的重視。但是如果凍融破壞發生在溢流面、溢洪道底板等泄流部位,那么就會強烈加劇高速水流的沖磨氣蝕破壞,甚至危及建筑物的安全運行。由混凝土保護層碳化或(和)氯離子污染引發的鋼筋銹蝕,被稱為是鋼筋混凝土結構的“癌癥”,潛伏期長,病發初期沒有任何外部征兆,及至發現順筋裂縫、混凝土保護層崩落等病害特征,鋼筋銹燭已處于加速期或破壞期。
正確診斷,是經濟、有效、及時、合理修補處理水工混凝土建筑物剝蝕破壞的基礎。所謂診斷,就是要明確剝蝕破壞的類型、誘發因素(一種或多種原因)、剝蝕破壞所處的發展階段以及預測今后可能的發展趨勢和速度,然后才能通過分析,對以下問題做出結論性判斷:
①剝蝕破壞的現狀對建筑物使用性(安全性和功能)、耐久性和美觀的影響及危害嚴重程度;
②預測剝蝕破壞的發展或誘發其它病害可能產生的嚴重后果;
③修補處理決策(是否修補或防護、修補范圍和規模、修補時機等)。
實際上,經過診斷后分析剝蝕破壞現狀和可能的發展,對水工混凝土建筑物的危害程度就是對剝蝕破壞的狹義評估,但這也不僅僅是局部的結構和材料問題,而是一項涉及到整個建筑物運行狀態的復雜工作。診斷和評估應該以水工建筑物的原始記錄資料(設計,施工記錄、維護管理)、破壞現場調查和檢測資料為依據;有時對于多種因素疊加作用導致的剝蝕破壞等疑難問題,還要進行室內材料試驗、模型試驗和強度復核等專題研究。
一、凍融剝蝕破壞的診斷和修補對策
(一)凍融破壞的診斷
診斷混凝土的凍融破壞,可從產生凍融破壞的必要條件、凍融破壞的部位特點、地域分布特點、破壞形態特征等方面人手。 1。發生凍融破壞舶必要條件 (1)混凝土必須與水接觸,或含水量不小于臨界值91.7%。
(2)在環境氣溫變化作用下,混凝土所含的孔隙水必須能夠經歷反復循環的凍結和融化過程。最低氣溫越低,凍層越深,混凝土的剝蝕層越厚。溫降速度越快,年凍融循環次數越多,剝蝕破壞越嚴重,發展也越快。如北方寒冷地區,水工建筑物向陽面由于受日光照射,冬季凍融次數多,因此凍融破壞程度也較陰面嚴重。
2.水工建筑物凍融破壞的部位特點
對于混凝上擋水壩,凍融破壞主要發生在上下游面水位變化區,下游面壩體漏水部位(漏水的伸縮縫、水平施工縫、滲流飽水區),溢流壩面及反弧段;對于其它水工建筑物,凍融破壞部位主要是水位變化區鋼筋混凝土結構或被滲漏水、地下滲流水、天然降水飽和的鋼筋混凝土結構,如溢洪道底板,電站尾水渠、露天調壓井、水閘閘墩等。
3.凍融破壞的地域分布特點
我國水工混凝土建筑物出現凍融破壞較嚴重的地區是東北、西北和華北。華東利華中部分地區(長江以北)或西南高山地區,凡最低氣溫低于零度,建筑物所在水域會山現冰凍的地區,都可能出現混凝土的凍融剝蝕破壞。
4.破壞形態特征
(1)表面剝落:一般表現為混凝土表面起毛一砂漿剝落一骨料裸露一脫落,如此由表及里逐層剝落。但當混凝土構件較薄,凍深大于構件厚度,且吸水飽和時,就會發生整個構件疏軟崩解現象。
(2)深層凍脹破壞:這種破壞形式在嚴寒地區的工程中時有發生,且危害性大。一般發生在混凝上質量差且易浸水飽和的大體積混凝十內部。如豐滿電站大壩#12、#13溢流壩段混凝十的凍脹破壞。
(3)冰凍裂縫:當混凝土中的骨料為吸水率較大的巖石時,易發生這種形式的凍害。吸水飽和的骨料受凍時受膨脹壓力和滲透壓力作用膨脹爆裂使混凝土產生裂縫。如果凍脹骨料位于混凝土表面區,則會發生局部脹突現象。
5。成因分析
水工混凝土遭受凍融破壞,一般可歸結為以下幾方面原因:
(1)滲漏水使不具備飽水條件的混凝土吸水飽和。
(2)混凝土設計抗凍等級偏低。
(3)施工質量差使實際澆筑混凝土的抗凍性差。例如使用了劣質水泥或摻加了不適當的混合材;砂石胃料含過量泥土雜質;粗骨料為風化多孔性巖石;現場水灰比控制不嚴,水灰比偏大;混凝土澆筑振搗不密實:引氣效果差,混凝土含氣量不足或氣泡質量不佳;施養護不力,使表面混凝土質量下降或早期受凍等。
(二)凍融剝蝕破壞的修補對策
一般來說,混凝土的凍融剝蝕破壞進程比較緩慢,初期階段易被忽視,直到顯露出明顯特征才被發現。凍融破壞發生后,首先要明確在特定工程條件下引發和控制凍融破壞發生發展的主要因素)分清其中的可消除因素。根據工程維護管理資料確定或估計凍蝕的發展速度(年剝蝕深度),分析凍蝕現狀(深度和范圍)以及今后可能的發展對建筑物危害性的大小,最后判斷修補處理的必要性及輕重緩急或采取適當的防護措施。
視建筑物種類和凍蝕結構部位的不同,同樣凍蝕深度和范圍的凍融破壞,對建筑物的危害在程度上會有很大差異。對于大體積混凝土重力壩,幾個厘米的凍蝕如果發生在壩體的上下游面,除影響美觀外尚不致造成災害性事故;但若發生在大壩溢流面,那么就會誘發高速水流下的沖刷氣蝕破壞,危及安全運行。若發生在水庫溢洪道底板,也會帶來同樣嚴重的后果,因此必須及時修補處理。對于支墩壩和連拱壩等,凍蝕達到一定深度也會影響結構的安全,必須進行及時的修補,甚至加固。例如,美國南加里福尼亞Fdison公司所屬的三座0.3-- 1.4m厚薄連拱壩上游壩面的凍蝕修補加固。對于一般的水工鋼筋混凝土結構,如墩、板、柱,凍融剝蝕會使保護層減薄甚至鍋筋外露,誘發鋼筋銹蝕;或者減小結構的有效承載面積使其承載力降低。如1978年興建的沛縣華山闡,其閘墩凍蝕深度達lOcm以上,墩兩側凍蝕深度之和已超過閘墩設計厚度的1/2,屬急需修補加固的危閘。
對遭受凍融破壞的水工混凝土建筑物,目前均按照“鑿舊補新”法進行修補,亦即將已遭凍融破壞的混凝土全部鑿除,回填具有高抗凍性能的優質修補材料。在某些情況下,還可采取防水、止住滲漏和排水等補救處理措施。